JP2022153185A - イオン発生機および電気集塵機 - Google Patents

Abstract

【課題】オゾンの発生を抑制しながら荷電効率を高めることができるイオン発生機および電気集塵機を提供する。【解決手段】イオン発生機は、放電電極（３１０）と、放電電極（３１０）に対向して配置される対向電極（３２０）と、放電電極（３１０）と対向電極（３２０）との間に印加される印加電圧を制御する制御部（７０）と、を備える。また、対向電極（３２０）は、導電体で形成される導電部（３２１）と、絶縁体で形成され、導電部（３２１）の表面を被覆する絶縁部（３２２）と、導電部（３２１）が露出する露出部（３２３）と、を有する。また、制御部（７０）は、放電電極（３１０）と対向電極（３２０）との間を流れる放電電流値が、対向電極（３２０）に対向する放電電極（３１０）の長さ１（ｍ）当たり０．１～２５（μＡ）となるように印加電圧を制御する。【選択図】図１０

Description

本発明は、イオン発生機および電気集塵機に関する。

従来、電気集塵機などが備えるイオン発生機は、放電電極と、この放電電極と対で配置される対向電極を備える。かかるイオン発生機において、接地される対向電極を、絶縁体または半導電体で被覆することにより、コロナ放電を発生させないことで放電電流を抑制しつつ、放電電極からイオンを発生させ、通過する塵埃を荷電させるものが知られている（たとえば、特許文献１を参照）。

国際公開第２００１／０６４３４９号

しかしながら、上記の技術では、放電電流を抑制することでオゾンの発生を抑制することはできる一方で、コロナ放電を発生させない以上、塵埃を十分に帯電させるだけの荷電量を得られない恐れがある。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、オゾンの発生を抑制しながら荷電効率を高めることができるイオン発生機および電気集塵機を提供することを目的とする。

本願の開示するイオン発生機の一態様は、放電電極と、放電電極に対向して配置される対向電極と、放電電極と対向電極との間に印加される印加電圧を制御する制御部と、を備える。また、対向電極は、導電体で形成される導電部と、絶縁体で形成され、導電部の表面を被覆する絶縁部と、導電部が露出する露出部と、を有する。また、制御部は、前記放電電極と前記対向電極との間を流れる放電電流値が、前記対向電極に対向する放電電極の長さ１（ｍ）当たり０．１～２５（μＡ）となるように印加電圧を制御する。

本開示によれば、オゾンの発生を抑制しながら荷電効率を高めることができる。

図１は、実施形態に係るイオン発生機、および同イオン発生機を備える電気集塵機が設けられる空気清浄機の概略構成図である。 図２は、実施形態に係る電気集塵機の構成図である。 図３は、実施形態に係る荷電部の放電電極および対向電極を示す模式図である。 図４は、実施形態に係る電気集塵機が備える制御部を主とするブロック図である。 図５は、実施形態に係る電流測定部の構成の一例を示す回路図である。 図６は、実施形態に係る電気集塵機の制御手順を示すフローチャートである。 図７は、実施形態に係る荷電部における放電電流の波形を示す図である。 図８は、実施形態に係る荷電部における対向電極の絶縁破壊により印加電圧とは逆極性のパルス電流が発生する過程を示す説明図である。 図９Ａは、実施形態の荷電部を通風方向から見た概略図である。 図９Ｂは、実施形態の荷電部を通風方向に垂直な側方から見た概略図である。 図１０は、図９に示した実施例および参考例において測定された、荷電部における放電有効長１（ｍ）当たりの放電電流値と荷電量との関係を示す図である。 図１１は、実施形態の変形例１に係る荷電部の放電電極および対向電極を示す模式図である。 図１２Ａは、実施形態の変形例２に係る荷電部の放電電極の正面図である。 図１２Ｂは、同放電電極の平面図である。

以下に、本願の開示するイオン発生機および電気集塵機の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態によって、本願の開示するイオン発生機および電気集塵機が限定されるものではない。

また、以下の説明による構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。なお、実施形態の説明の全体を通じて同じ要素には同じ符号を付して説明する。

また、以下の実施形態では、開示の技術に係るイオン発生機を、空気清浄機が備える電気集塵機に適用した場合を示した。しかし、これに限られず、開示の技術に係るイオン発生機は、たとえば、荷電によりイオンを発生させることのできる各種装置にも適用することができる。

＜空気清浄機の構成＞
最初に、実施形態に係る空気清浄機１の構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、実施形態に係るイオン発生機、および同イオン発生機を備える電気集塵機２が設けられる空気清浄機１の概略構成図である。

図１に示すように、空気清浄機１は、空気を清浄化するための装置類を収納する筐体１０を備える。かかる筐体１０は、たとえば、合成樹脂材で直方体状に形成される。筐体１０には、室内の空気を吸引する吸込口１１と、清浄化された空気を室内に吹き出す吹出口１２とが形成される。

また、筐体１０内には、プレフィルタ１４と、複数の電気集塵機２と、脱臭フィルタ５とが設けられる。プレフィルタ１４は、吸引された空気から大きな塵埃を除去する。複数の電気集塵機２は、プレフィルタ１４を通過した空気中の塵埃を静電気力によって集塵する。脱臭フィルタ５は、電気集塵機２を通過した空気を脱臭処理する。

プレフィルタ１４は、たとえば、糸状のＰＥＴ（polyethylene terephthalate）材を編みこんだ網目構造を有し、図示しない樹脂枠で保持される。プレフィルタ１４は、筐体１０の内部に吸い込まれた空気に含まれている比較的大きな塵埃を捕集する。

複数の電気集塵機２は、それぞれ荷電部３と集塵部４とを備える。荷電部３は、イオン発生機の一例であり、通過する空気中に含まれる塵埃などの微粒子を帯電させる。集塵部４は、集塵装置の一例であり、荷電部３で帯電された微粒子を静電気力により捕集する。

なお、本実施形態においては、３つの電気集塵機２が筐体１０内に配置されているが、配置される数は何ら限定されない。

脱臭フィルタ５は、プレフィルタ１４および電気集塵機２で塵埃が除かれた空気から、触媒フィルタによって、たとえばアンモニアやメチルメルカプタンなどの臭気成分やホルムアルデヒドなどの有害成分を取り除く脱臭処理を行う。

また、筐体１０内には、ファン６と、ファンモータ６１と、制御基板７と、埃センサ１３と、操作表示基板１５とが設けられる。ファン６は、脱臭フィルタ５の下流側に配置される。ファンモータ６１は、ファン６を回転させる。

制御基板７は、空気清浄機１を制御する。埃センサ１３は、吸込口１１から吸引された空気の塵埃濃度を検出する。操作表示基板１５は、たとえば、運転開始操作、運転停止操作などを行う。

また、筐体１０には、各電気集塵機２の各集塵部４に電力を供給する単一の集塵部用の定電圧高圧電源部（以下、「集塵部用高圧電源４０」と呼称する。）が配置される。

一方で、荷電部３に電力を供給する荷電部用の定電流高圧電源部（以下、「荷電部用高圧電源３０」と呼称する。）は、３つの荷電部３にそれぞれ配置される。かかる荷電部用高圧電源３０は、電圧印加部の一例である。

このような構成を有する空気清浄機１は、ファンモータ６１により駆動されるファン６の回転により、矢印ｆで示すように、吸込口１１から室内空気を吸引し、プレフィルタ１４、電気集塵機２および脱臭フィルタ５を通過させながら空気を清浄し、清浄された空気を吹出口１２から室内に吹き出す。

なお、空気清浄機１の風量設定は、操作表示基板１５の操作に基づいて手動で風量を切り換えることができるが、たとえば、埃センサ１３の検出信号に基づいて、適切な風量に自動で切り換わる自動風量モード設定を設けることもできる。

＜電気集塵機の構成＞
つづいて、実施形態に係るイオン発生機を備える電気集塵機２の構成について、図２を参照しながら説明する。図２は、実施形態に係る電気集塵機２の構成図である。

図２に示すように、電気集塵機２は、荷電部３と、集塵部４とを備える。荷電部３は、放電電極３１０と、対向電極３２０とを有する。

放電電極３１０は、ワイヤ状の電極である。対向電極３２０は、放電電極３１０と異なる極性を有する平板状の電極である。そして、荷電部３では、複数の放電電極３１０および複数の対向電極３２０が、所定の間隔をあけて交互に配置されている。

集塵部４は、平板電極を多数枚平行に配列し、隣り合う電極間に高電圧が印加されるよう電気的に接続した構造を有する。本実施形態では、集塵部４を構成する２種類の電極のうち、放電電極３１０と同極性の電極を「高圧電極４１０」と呼称し、対向電極３２０と同極性の電極を「捕集電極４２０」と呼称する。

荷電部３の放電電極３１０と対向電極３２０との間には、荷電部用高圧電源３０によって高電圧が印加される。荷電部用高圧電源３０は、電源５０から電源部５５を介して電力が供給され、制御基板７（図１参照）に搭載される制御部７０により荷電部スイッチ３０１、３０２、３０３を介して駆動および制御される。

集塵部４の捕集電極４２０と高圧電極４１０との間には、集塵部用高圧電源４０によって高電圧が印加される。集塵部用高圧電源４０は、電源５０から電源部５５を介して電力が供給され、制御基板７に搭載される制御部７０により集塵部スイッチ４０１を介して駆動および制御される。

荷電部用高圧電源３０は、電気集塵機２が内蔵する荷電部３の個数と同じ数（ここでは３個）が設けられており、各電気集塵機２の荷電部３と１対１に対応して接続される。集塵部用高圧電源４０は、電気集塵機２が内蔵する集塵部４の個数にかかわらず１つであり、すべての集塵部４が並列に接続される。

＜荷電部の構成＞
つづいて、実施形態に係る荷電部３の構成について、図３を参照しながら説明する。図３は、実施形態に係る荷電部３の放電電極３１０および対向電極３２０を示す模式図である。

放電電極３１０は、例えばワイヤ状に形成されており、図３においてはワイヤ状に形成される放電電極３１０の断面が見えている。一方で、対向電極３２０は、平板状に形成されており、導電部３２１と一対の絶縁部３２２とを有する。なお、放電電極３１０の形状はワイヤ状に限られず、たとえば鋸歯状やニードル状であってもよい。

導電部３２１は、導電体で形成され、たとえば、ＳＵＳ３０４などのステンレスで薄板状に形成される。本実施形態では、導電部３２１の外表面として、第１主面３２１ａ１と、第１主面３２１ａ１とは反対側の第２主面３２１ａ２と、第１主面３２１ａ１と第２主面３２１ａ２を繋ぐ側面３２１ｂとを備える。

一対の絶縁部３２２は、絶縁体で形成され、導電部３２１における外表面のうち第１主面３２１ａ１および第２主面３２１ａ２をそれぞれ被覆する。絶縁部３２２は、たとえば、アルミナなどのセラミック、または塩化ビニル樹脂、フッ素樹脂などの樹脂で形成される。

一方で、絶縁部３２２は、導電部３２１の側面３２１ｂを被覆しない。すなわち、対向電極３２０は、導電部３２１の側面３２１ｂに、かかる導電部３２１が露出する露出部３２３を有する。

かかる露出部３２３は、たとえば、溝形状を有する。かかる溝形状の底部には導電部３２１の側面３２１ｂが配置され、溝形状の側部には一対の絶縁部３２２が配置される。

絶縁部３２２によって導電部３２１の第１主面３２１ａ１および第２主面３２１ａ２が被覆された対向電極３２０は、放電電極３１０との間での放電電流を抑制することができることから、それにともないオゾンの発生も抑制することができる。

かかる荷電部３の構造を利用し、アースに接続される対向電極３２０を絶縁被覆した状態で、放電電極３１０と対向電極３２０との間に印加される電圧（以下、「放電電極３１０への印加電圧」とも呼称する。）を高めていく実験を行った。

その結果、放電電極３１０近傍でコロナ放電が生じている場合の所定の印加電圧と、火花放電が生じ始めるまでの印加電圧との間の、限られた範囲の印加電圧を放電電極３１０に印加した場合、絶縁被覆された対向電極３２０付近からもイオンが発生する現象が生じることを見出した。

しかも、対向電極３２０付近から発生するイオンの量は、コロナ放電が生じている場合に、放電電極３１０付近から発生するイオンの量よりも多いことが分かった。

かかる現象を利用し、荷電部３の対向電極３２０付近から発生させたイオンを用いることによって、従来の装置に比べて塵埃への荷電量や荷電効率（荷電装置が消費する電力に対する得られた荷電量）を向上させることができる電気集塵機２の提供が可能となる。

なお、放電電極３１０への印加電圧が高すぎる場合、放電電極３１０近傍で生じるコロナ放電から、放電電極３１０と対向電極３２０とを短絡する火花放電へと、放電現象が遷移する。

火花放電が発生すると、放電電極３１０と対向電極３２０との間での短絡により大電流が流れ、放電電極３１０の電圧が低下することで、荷電装置としての荷電性能が低下し、ひいては集塵装置としての集塵性能が低下してしまう。また、火花放電の発生に伴って、大量のオゾンが生成されてしまう問題もある。

そのため、本実施形態の荷電部３において、放電電極３１０への印加電圧は、火花放電が発生しない範囲の印加電圧としている。

＜電気集塵機の制御処理＞
つづいて、実施形態に係る電気集塵機２の制御処理の詳細について、図４～図１０を参照しながら説明する。図４は、実施形態に係る電気集塵機２が備える制御部７０を主とするブロック図である。

制御部７０は、たとえばＣＰＵやメモリなどのマイクロコンピュータにより構成され、図４に示すように、記憶部７１０と、通電制御部７２０とを有する。そして、制御部７０は、記憶部７１０から所定のプログラムを読み出して処理することで、通電制御部７２０としての機能を果たす。

また、記憶部７１０は、各種プログラムの他、たとえば、各種の計測値、取得値、算出値、各種閾値などを記憶しており、これら各種の計測値、取得値、算出値は、計測タイミング、取得タイミング、算出タイミング毎に、時系列で記憶される。

たとえば、高い効率で塵埃を荷電できる印加電圧の値として、コロナ放電が生じる印加電圧（たとえば、４（ｋＶ））と火花放電が生じ始める印加電圧（たとえば、８（ｋＶ））との間で印加電圧が適宜制御される。

すなわち、実施形態に係る通電制御部７２０は、上述の範囲の電圧を放電電極３１０と対向電極３２０との間に印加するよう、荷電部用高圧電源３０を制御する。通電制御部７２０は、通電を開始すると、放電電極３１０への印加電圧を徐々に上昇させて、放電電極３１０の近傍でコロナ放電を生じさせる。

その後、通電制御部７２０は、電流測定部８０で測定される放電電流値が、記憶部７１０に記憶された範囲の電流値となるように制御された電圧を、放電電極３１０に印加する。

かかる通電制御により、放電電極３１０付近から第１の極性のイオンが発生するとともに、対向電極３２０付近から第１の極性とは逆極性である第２の極性のイオンが発生する。

なお、第１の極性は正であっても負であってもよく、たとえば放電電極３１０に正の印加電圧を印加すれば、放電電極３１０付近からは正極性のイオン（プラスイオン）が発生し、負の印加電圧を印加すれば、放電電極３１０付近からは負極性のイオン（マイナスイオン）が発生する。

これに対し、第２の極性は、第１の極性とは逆の極性になる。たとえば放電電極３１０付近から正極性のイオンが発生する場合には、対向電極３２０付近からは負極性のイオンが発生する。一方、放電電極３１０付近から負極性のイオンが発生する場合には、対向電極３２０付近からは正極性のイオンが発生する。

このように、制御部７０は、放電電極３１０と対向電極３２０との間で放電電極３１０近傍でのコロナ放電を生じさせることにより第１の極性のイオンを発生させるとともに、対向電極３２０の絶縁部３２２の絶縁破壊を生じさせて第１の極性とは逆極性である第２の極性のイオンを発生させることができる。

そして、かかる第２の極性のイオンにより、荷電部３を通過する塵埃の微粒子を帯電させることができる。すなわち、対向電極３２０の絶縁部３２２の絶縁破壊により生じた第２の極性のイオンによって、塵埃は第２の極性のイオンと同じ極性に帯電される。

図４の説明に戻る。電流測定部８０は、測定手段の一例である。かかる電流測定部８０は、放電電極３１０と対向電極３２０との間を流れる電流値（以下、「放電電流値」とも呼称する場合がある。）を測定し、測定された放電電流値を通電制御部７２０に送信する。図５は、実施形態に係る電流測定部８０の構成の一例を示す回路図である。

図５に示すように、電流測定部８０は、たとえば、荷電部用高圧電源３０と対向電極３２０との間に配置される。また、電流測定部８０は、抵抗８１と、抵抗８２と、電圧計８３とを有する。

抵抗８１および抵抗８２は、荷電部用高圧電源３０と対向電極３２０との間で直列に接続される。抵抗８１は、たとえば、１０（ｋΩ）程度の抵抗値を有し、抵抗８２は、たとえば、２００（ｋΩ）程度の抵抗値を有する。

電圧計８３は、抵抗８１における両端の電圧を測定する。そして、電流測定部８０は、かかる電圧計８３で測定される電圧値に基づいて、放電電極３１０と対向電極３２０との間を流れる放電電流値を測定する。なお、電流測定部８０の構成は図５の例に限られず、各種の電流測定手法を用いることができる。

図６は、実施形態に係る電気集塵機２の制御手順を示すフローチャートである。電気集塵機２の制御手順は、空気清浄機１の運転開始をきっかけとして実行される。

図６に示すように、制御部７０は、空気清浄機１の運転開始に応じて、電気集塵機２の荷電部３において、放電電極３１０に印加される印加電圧を変更する（ステップＳ１０１）。例えば、制御部７０は、空気清浄機１の運転開始の直後は、放電電極３１０への印加電圧を上昇させるように制御する。

次に、制御部７０は、荷電部３の放電電極３１０への印加電圧が所定の印加電圧であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。ここで、所定の印加電圧とは、放電電極３１０近傍でのコロナ放電が開始される印加電圧であり、たとえば、６．５（ｋＶ）～８．０（ｋＶ）の範囲である。

そして、放電電極３１０への印加電圧が所定の印加電圧でない場合（ステップＳ１０２，Ｎｏ）、ステップＳ１０１に戻り、放電電極３１０に印加される印加電圧を変更する。

一方で、放電電極３１０への印加電圧が所定の印加電圧である場合（ステップＳ１０２，Ｙｅｓ）、制御部７０は、放電電極３１０と対向電極３２０との間を流れる放電電流値が所定の電流値であるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。

そして、放電電極３１０と対向電極３２０との間を流れる放電電流値が所定の電流値でない場合（ステップＳ１０３，Ｎｏ）、ステップＳ１０１に戻り、放電電極３１０に印加される印加電圧を変更する。一方で、放電電極３１０と対向電極３２０との間を流れる放電電流値が所定の電流値である場合（ステップＳ１０３，Ｙｅｓ）、印加電圧を保持する（ステップＳ１０４）。

すなわち、制御部７０は、放電電極３１０と対向電極３２０との間を流れる放電電流値が所定の電流値になるように、放電電極３１０に印加される印加電圧を変更して、放電電極３１０付近でのコロナ放電を生じさせることで、放電電極３１０付近から第１の極性のイオンを発生させるとともに、対向電極３２０付近から第２の極性のイオンを発生させる。

この際、制御部７０は、ステップＳ１０１～Ｓ１０３において、放電電極３１０と対向電極３２０との間を流れる放電電流値Ｉ（μＡ）が、対向電極３２０に対向する放電電極３１０の長さ（以下、「放電有効長」と呼称する場合がある）１（ｍ）当たり０．１～２５（μＡ）となるように印加電圧を制御する。たとえば、制御部７０は、放電電極３１０の放電有効長１（ｍ）当たりでの放電電極３１０と対向電極３２０との間を流れる放電電流値Ｉが、０．１（μＡ）よりも小さい場合、印加電圧を増加させる。

一方で、制御部７０は、たとえば、放電電極３１０と対向電極３２０との間を流れる放電電流値Ｉが放電電極３１０の放電有効長１（ｍ）当たり２５（μＡ）よりも大きい場合、印加電圧を減少させる。

ここで、対向電極３２０に対向する放電電極３１０の長さ（放電有効長）をＬ_ｅ（ｍ）とし、放電電極３１０と対向電極３２０との間を流れる放電電流値をＩ（μＡ）とし、放電有効長１（ｍ）当たりの放電電流値（μＡ）を単位放電電流値Ｉ_０（μＡ／ｍ）とすると、単位放電電流値Ｉ_０は、放電電流値Ｉ（μＡ）を放電有効長Ｌ_ｅ（ｍ）で割ることで求められ、Ｉ_０＝Ｉ／Ｌ_ｅ（μＡ／ｍ）で表される。すなわち、制御部７０は、この単位放電電流値Ｉ_０が、０．１～２５（μＡ／ｍ）となるように、印加電圧を制御すればよい。

そして、制御部７０は、かかる通電制御を空気清浄機１の運転終了がなされるまで実行し（ステップＳ１０５，Ｎｏ）、空気清浄機１の運転が終了されたと判断すると（ステップＳ１０５，Ｙｅｓ）、この制御手順を終了する。

以上、説明したように、制御部７０は、たとえば、６．５ｋＶ～８．０ｋＶの範囲の中で印加電圧を制御することで、第１の極性のイオンを放電電極３１０付近から発生させるとともに、露出部３２３以外が絶縁部３２２で被覆された対向電極３２０での絶縁破壊を生じさせることによって、第１の極性とは逆極性である第２の極性のイオンを対向電極３２０付近から発生させることができる。

さらに、制御部７０は、対向電極３２０に対向する放電電極３１０の長さ（放電有効長）１（ｍ）当たりで、放電電極３１０と対向電極３２０との間を流れる放電電流値Ｉ（μＡ）が、０．１～２５（μＡ）となるように印加電圧を制御することで、荷電部３における荷電効率を向上させることができる。

図７は、実施形態に係る電気集塵機２が備える荷電部３における放電電流の波形を示す図である。図７に示すように、放電電流の値が小さい多数の連続的なパルスに混ざって、放電電流の値が大きい断続的なパルスが現れていることが分かる。

放電電流の値が小さな連続的なパルスは、放電電極３１０付近から発生している、放電電極３１０への印加電圧と同極性（実施形態では正極性）の電荷による放電を示し、いわゆるバーストパルスコロナ放電によるものである。

一方で、放電電流の値が大きなパルスは、対向電極３２０付近から発生している、放電電極３１０への印加電圧とは逆極性（実施形態では負極性）の電荷による放電を示す。

この実験結果から、対向電極３２０の導電部３２１を絶縁部３２２で被覆して、限られた範囲の直流の電圧を放電電極３１０に印加した場合、対向電極３２０付近から放電電極３１０に印加した電圧とは逆極性の電荷によるパルス性の放電電流が断続的に発生することが分かった。

ここで、対向電極３２０からパルス性の断続的な放電電流が発生するメカニズムについて説明する。図８は、実施形態に係る荷電部３における対向電極３２０の絶縁破壊により印加電圧とは逆極性のパルス電流が発生する過程を示す説明図である。

図８の（ａ）に示すように、たとえば放電電極３１０に、所定の大きさの正の直流電圧を印加すると、コロナ放電により、放電電極３１０付近からプラスイオン（正極性のイオン）が発生し、対向電極３２０の側へ引き寄せられる。

すると、図８の（ｂ）に示すように、対向電極３２０の絶縁部３２２の表面にプラスイオンが蓄積されていく。この際、対向電極３２０の導電部３２１における絶縁部３２２近傍には電子が偏在することになり、絶縁部３２２の表面と導電部３２１における絶縁部３２２近傍との間に電位差（電圧）が生じる。

さらに電荷が蓄積すると、電位差が大きくなり、一定の電位差に達すると絶縁破壊が生じ、図８の（ｃ）に示すように、対向電極３２０における導電部３２１の内部から電子が高速で飛び出す現象が生じる。

この際、対向電極３２０に露出部３２３が存在すると、かかる露出部３２３内の空気と露出部３２３に面する絶縁部３２２との界面を通って、絶縁部３２２の内部を貫通する放電を生じる。

すなわち、絶縁部３２２の表面への電荷の蓄積により対向電極３２０からパルス性の放電電流が断続的に発生する現象が生じる。この場合の放電の状態は、電荷が溜まる絶縁部３２２および露出部３２３により形成される電気的抵抗が適切な場合に断続的なパルス性の放電になると考えられる。以上のことから、対向電極３２０に露出部３２３が存在することによって、対向電極３２０における絶縁破壊を生じやすくし、パルス性の放電電流を安定的に発生させることができる。

絶縁破壊によって対向電極３２０付近から高速で飛び出した電子は、大きなエネルギーをもっているため、空気中に多く存在する窒素分子（Ｎ_２）に次々と衝突していく。そして、各窒素分子（Ｎ_２）への衝突時に、高速の電子が窒素分子（Ｎ_２）から電子を弾き飛ばす。

電子を失った窒素分子（Ｎ_２）は正イオン（Ｎ_２ ^＋）となって対向電極３２０の方に引き付けられる。なお、正イオン（Ｎ_２ ^＋）は不安定であるため、近くの水分子から電子を奪い、安定した窒素分子（Ｎ_２）に戻る。

一方、窒素分子（Ｎ_２）から弾き飛ばされた電子は、図８の（ｄ）に示すように、近くの酸素分子（Ｏ_２）と結びつく。電子と結びついて生じたマイナスイオン（Ｏ_２ ^－）は、電界に沿って放電電極３１０に引き付けられる。かかるマイナスイオンが、塵埃などの微粒子を負極性に帯電させることになる。

このように、本実施形態では、放電電極３１０に第１の極性（たとえば「正」）の電圧を印加して、放電電極３１０近傍でコロナ放電を生じさせる。すると、放電電極３１０付近から第１の極性のイオンが発生するとともに、対向電極３２０の絶縁部３２２での絶縁破壊を生じることによって、対向電極３２０から大きな放電電流をともなうパルス性の放電が断続的に発生する。

これにより、対向電極３２０の側では第２の極性（たとえば「負」）のイオンが大量に発生することになる。

上述した実験などから考察されるに、荷電部３の対向電極３２０付近から発生させたイオンを用いることによって、従来の装置に比べて塵埃への荷電量や荷電効率（イオン発生機が消費する電力に対する得られた荷電量）を向上させることができるイオン発生機および電気集塵機２の提供が可能となる。しかも、オゾンの発生も抑制することが期待できる。

図９Ａおよび図９Ｂは、実施形態の荷電部３の概略図である。図９Ａは、実施形態の荷電部３を通風方向から見た概略図である。図９Ｂは、実施形態の荷電部３を通風方向に垂直な側方から見た概略図である。

なお、実施形態の放電電極３１０としては、図９Ａおよび図９Ｂに示すように、直径Φが０．１２（ｍｍ）、有効長が１００（ｍｍ）のタングステン製のワイヤ４本を互いに平行となるように配置して用いた。図９Ａおよび図９Ｂに示すように、ワイヤは、当該ワイヤの長手方向（図９Ｂにおいて紙面に垂直な方向）が、通風方向（図９Ｂにおける左右方向）に対して垂直となるよう配置した。

また、対向電極３２０の導電部３２１としては、通風方向に沿った幅ｗが１０（ｍｍ）、ワイヤ状の放電電極３１０に平行な長手方向の長さｌが１００（ｍｍ）、板厚ｔが０．５（ｍｍ）のステンレス製の板状体を用い、絶縁部３２２としては、０．２（ｍｍ）の厚みのＡＢＳ樹脂製の板状体を用いた。

対向電極３２０は、導電部３２１である１枚の板状体を、絶縁部３２２である２枚の板状体で厚み方向の両側から挟んだ構造とした。そして、２つの対向電極３２０の間に、上述の放電電極３１０がそれぞれ位置するように、各対向電極３２０を互いに平行に配置した。また、隣り合う放電電極３１０と対向電極３２０との距離は６（ｍｍ）とした。

また、対向電極３２０の露出部３２３は、導電部３２１を挟む２枚の絶縁部３２２同士の間に生じる隙間によって形成されており、対向電極３２０の露出部３２３が有する溝形状の寸法は、図９Ｂにおいて対向電極３２０の厚み方向に平行な幅０．５（ｍｍ）、通風方向に平行な深さ１．５（ｍｍ）とした。

なお、参考例としては、上記の実施形態における荷電部３の対向電極３２０から絶縁部３２２を取り除いた、導電部３２１のみで形成された対向電極を用いたものとした。

ここで、放電有効長Ｌ_ｅとは、放電電極３１０において放電に寄与する部分の長さを示す。本実施形態では、放電電極３１０において対向電極３２０に対向する部分の長さの合計で表すことができ、図９Ａおよび図９Ｂにおいては、有効長１００（ｍｍ）の４本のワイヤ状の放電電極３１０が対向電極３２０に対向しているため、放電有効長Ｌ_ｅは４×１００＝４００（ｍｍ）で表される。

図１０は、図９に示した実施形態および参考例において測定された、荷電部３における放電有効長１（ｍ）当たりの放電電流値と荷電量との関係を示す図である。図１０に示すように、実施形態に係る荷電部３は、放電電極３１０と対向電極３２０との間を流れる放電電流値が放電有効長１（ｍ）当たり０．１～２５（μＡ）の範囲において、参考例よりも同じ電流値における荷電量を増やすことができる。

例えば、放電電極３１０と対向電極３２０との間を流れる放電電流値が放電有効長１（ｍ）当たりで１５（μＡ）のとき、実施形態は比較対象の参考例に比べて、同じ消費電力において概ね１．５倍の荷電量が得られている。

すなわち、実施形態では、制御部７０が、放電電極３１０と対向電極３２０との間を流れる放電電流値が放電電極３１０の放電有効長１（ｍ）当たり０．１～２５（μＡ）となるように、言い換えれば、単位放電電流値Ｉ_０が０．１～２５（μＡ／ｍ）となるように、印加電圧を制御することにより、参考例よりも荷電効率を向上させることができる。

ここまで説明したように、実施形態に係る荷電部３は、対向電極３２０における導電部３２１の主面３２１ａを絶縁部３２２で被覆する。これにより、対向電極３２０と放電電極３１０との間での放電電流を抑制することができることから、それにともないオゾンの発生も抑制することができる。

また、実施形態に係る荷電部３は、対向電極３２０に導電部３２１が露出する露出部３２３を設けることにより、パルス性の断続的な放電電流を安定的に生じさせることができる。

さらに、実施形態では、制御部７０が、放電電極３１０と対向電極３２０との間を流れる放電電流値が放電電極３１０の放電有効長１（ｍ）当たり０．１～２５（μＡ）となるように印加電圧を制御することにより、荷電効率を向上させることができる。

したがって、実施形態によれば、オゾンの発生を抑制しながら荷電効率を高めることができる。

また、図１０から分かるように、実施形態に係る荷電部３は、放電電極３１０と対向電極３２０との間を流れる放電電流値が、対向電極３２０に対向する放電電極３１０の長さ（放電有効長）１（ｍ）当たりで５（μＡ）以下の範囲で、比較対象の参考例に比べて荷電効率がさらに高くなっている。言い換えれば、荷電部３は、放電有効長が１（ｍ）当たりで５（μＡ）の電流値に変曲点を持つ。

例えば、対向電極３２０に対向する放電電極３１０の長さ（放電有効長）１（ｍ）当たりでの、放電電極３１０と対向電極３２０との間に流れる放電電流値が３（μＡ）のとき、実施形態は比較対象の参考例に比べて、同じ消費電力において概ね３倍の荷電量が得られている。

そこで、実施形態では、制御部７０が、放電電極３１０と対向電極３２０との間を流れる放電電流値が、対向電極３２０に対向する放電電極３１０の放電有効長１（ｍ）当たり０．１～５（μＡ）となるように印加電圧を制御するとよい。これにより、図１０に示すように、参考例よりも同じ電流値における荷電量をさらに増やすことができる。

したがって、実施形態によれば、放電電流を小さくすることでオゾンの発生を抑制しながら荷電効率をさらに高めることができる。

また、実施形態では、制御部７０が、対向電極３２０が第２の極性のイオンを放出するように、放電電極３１０への印加電圧を所定の電圧に制御するとよい。これにより、オゾンの発生を抑制しながら荷電効率をさらに高めることができる。

また、実施形態では、電気集塵機２が電流測定部８０を有するとよい。これにより、放電電極３１０と対向電極３２０との間を流れる放電電流値を直接測定できるので、放電電流値を精度よく測定することができる。したがって、実施形態によれば、荷電効率が向上する通電制御を安定して実施することができる。

なお、実施形態では、電気集塵機２が必ずしも電流測定部８０を有しなくともよく、たとえば、電流測定部８０に換えて、放電電極３１０と対向電極３２０との間を流れる放電電流値を推定する推定手段（図示せず）を制御部７０などが有していてもよい。

かかる推定手段による推定処理は、たとえば、放電電極３１０と対向電極３２０との間を流れる放電電流値が増加するにしたがい荷電部用高圧電源３０の電圧値が減少することを利用して、荷電部用高圧電源３０の電圧値をモニタリングすることにより、放電電極３１０と対向電極３２０との間を流れる放電電流値を推定する。

また、この推定処理は、たとえば、空気中の湿度が変化すると放電電極３１０と対向電極３２０との間を流れる放電電流値が変化することを利用して、別途設けられる湿度センサの測定値をモニタリングすることにより、放電電極３１０と対向電極３２０との間を流れる放電電流値を推定してもよい。

このような推定手段で放電電極３１０と対向電極３２０との間を流れる放電電流値を推定することによっても、荷電効率が向上する通電制御を安定して実施することができる。

また、実施形態では、図３に示したように、対向電極３２０の露出部３２３が、板状の導電部３２１の側面３２１ｂに沿って配置されるとよい。これにより、パルス性の断続的な放電電流を安定的に発生させることのできる露出部３２３を容易に形成することができる。

なお、実施形態に係る対向電極３２０の構成は、図３の例に限られない。図１１は、実施形態の変形例１に係る荷電部３の放電電極３１０および対向電極３２０を示す模式図である。図１２Ａおよび図１２Ｂは、実施形態の変形例２に係る荷電部３の放電電極３１０を示す模式図である。

図１１に示すように、この変形例１では、対向電極３２０の露出部３２３が、導電部３２１の主面３２１ａにおいて放電電極３１０と向かい合う位置に配置される。これによっても、対向電極３２０に露出部３２３が形成されることで、パルス性の断続的な放電電流を安定的に発生させることができる。

図１２Ａは、変形例２に係る荷電部３の放電電極３１０の正面図、図１２Ｂは、同放電電極３１０の平面図である。変形例２は、実施例のワイヤ状の放電電極３１０に代えて鋸歯状の放電電極３１０を用いている点、また平行に並べられた複数の放電電極３１０およびこれに対向する複数の対向電極３２０の数が増えている点以外は、実施例と共通である。

図１２Ｂに示すように、放電電極３１０は、複数の突起部３１５が形成された鋭利な鋸歯状に形成されている。そして、図１２Ａに示すように、複数の放電電極３１０が、所定間隔をあけて枠部３１１に連結されている。本変形例２では、複数の放電電極３１０が、ステンレス（例えばＳＵＳ３０４）製の矩形板状の放電電極板を切り起こすことで形成されている。

図１２Ｂに示した変形例２における１つの放電電極３１０の放電有効長Ｌ_ｅ１は、図１２Ｂに示されるように、放電点となる複数の突起部３１５が連続している長さとして表すことができる。本変形例２では、図１２Ａに示すように、放電電極３１０を１６本備えているため、全体の放電有効長Ｌ_ｅ＝１６×Ｌ_ｅ１で表される。

変形例２の場合も、制御部７０が、放電電極３１０と対向電極３２０との間を流れる放電電流値Ｉが放電電極３１０の放電有効長１（ｍ）当たり０．１～２５（μＡ）となるように、言い換えれば、単位放電電流値Ｉ_０＝Ｉ／Ｌ_ｅが０．１～２５（μＡ／ｍ）となるように、印加電圧を制御することにより、参考例よりも荷電効率を向上させることができる。

以上、本願の実施例を図面に基づいて説明したが、あくまでも例示であって、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施すことができる。

上述してきた実施形態より、以下に示すイオン発生機および電気集塵機２が実現できる。なお、以下のイオン発生機は、電気集塵機２における荷電部３に相当する。

（１）放電電極３１０と、放電電極３１０に対向して配置される対向電極３２０と、放電電極３１０と対向電極３２０との間に印加される印加電圧を制御する制御部７０と、を備え、対向電極３２０は、導電体で形成される導電部３２１と、絶縁体で形成され、導電部３２１の表面を被覆する絶縁部３２２と、導電部３２１が露出する露出部３２３と、を有し、制御部７０は、放電電極３１０と対向電極３２０との間を流れる放電電流値が、対向電極３２０に対向する放電電極３１０の長さ１（ｍ）当たり０．１～２５（μＡ）となるように印加電圧を制御するイオン発生機。

かかる構成により、オゾンの発生を抑制しながら荷電効率を高めることができる。

（２）上記（１）において、制御部７０は、放電電流値が、対向電極３２０に対向する放電電極３１０の長さ１（ｍ）当たり０．１～５（μＡ）となるように印加電圧を制御するイオン発生機。

かかる構成により、上記（１）の効果に加え、オゾンの発生を抑制しながら荷電効率をさらに高めることができる。

（３）上記（１）または（２）において、放電電極３１０と対向電極３２０との間に電圧を印加する電圧印加部（荷電部用高圧電源３０）をさらに備え、電圧印加部（荷電部用高圧電源３０）は、放電電極３１０へ第１の極性の電圧を印加し、対向電極３２０は、第１の極性とは逆の極性である第２の極性のイオンを放出するイオン発生機。

かかる構成により、上記（１）または（２）の効果に加え、オゾンの発生を抑制しながら荷電効率をさらに高めることができる。

（４）上記（３）において、第１の極性は、正極性であり、第２の極性は、負極性であるイオン発生機。

かかる構成により、上記（３）の効果に加え、室内に浮遊するカビやウイルスなどの微生物を効果的に不活性化することができる。

（５）上記（１）～（４）のいずれか一つにおいて、放電電極３１０と対向電極３２０との間を流れる放電電流値を測定する測定手段（電流測定部８０）、または放電電極３１０と対向電極３２０との間を流れる放電電流値を推定する推定手段をさらに備えるイオン発生機。

かかる構成により、上記（１）～（４）のいずれか一つの効果に加え、荷電効率が向上する通電制御を安定して実施することができる。

（６）上記（１）～（５）のいずれか一つにおいて、導電部３２１は、板状であり、露出部３２３は、導電部３２１の側面３２１ｂに沿って配置されるイオン発生機。

かかる構成により、上記（１）～（５）のいずれか一つの効果に加え、パルス性の断続的な放電電流を安定的に発生させる露出部３２３を容易に形成することができる。

（７）上記（１）～（５）のいずれか一つにおいて、導電部３２１は、板状であり、露出部３２３は、導電部３２１の主面３２１ａにおいて放電電極３１０と向かい合う位置に配置されるイオン発生機。

かかる構成により、上記（１）～（５）のいずれか一つの効果に加え、パルス性の断続的な放電電流を安定的に発生させることができる。

（８）上記（１）～（７）のいずれか一つのイオン発生機（荷電部３）と、イオン発生機（荷電部３）により帯電された空気中の塵埃を捕集する集塵装置（集塵部４）と、を備える電気集塵機２。

かかる構成により、上記（１）～（７）のいずれか一つの効果を奏する電気集塵機２を提供することができる。

上述の実施形態および図示の具体的名称、処理、制御、各種のデータなどについては、一例を示すに過ぎず、適宜変更される場合がある。たとえば、上述の実施形態では、対向電極３２０の露出部３２３が、導電部３２１の側面３２１ｂ、または主面３２１ａにおいて放電電極３１０と向かい合う位置に配置される例について示した。しかし、対向電極３２０の露出部３２３が配置される位置はかかる例に限られない。

また、上述の実施形態のより広範な態様は、上述のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。従って、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

２ 電気集塵機
３ 荷電部（イオン発生機の一例）
４ 集塵部（集塵装置の一例）
３０ 荷電部用高圧電源（電圧印加部の一例）
７０ 制御部
８０ 電流測定部（測定手段の一例）
３１０ 放電電極
３１５ 突起部
３２０ 対向電極
３２１ 導電部
３２１ａ 主面
３２１ｂ 側面
３２２ 絶縁部
３２３ 露出部
Ｌ_ｅ 放電有効長

Claims (8)

1. 放電電極と、
   前記放電電極に対向して配置される対向電極と、
   前記放電電極と前記対向電極との間に印加される印加電圧を制御する制御部と、
   を備え、
   前記対向電極は、
   導電体で形成される導電部と、
   絶縁体で形成され、前記導電部の表面を被覆する絶縁部と、
   前記導電部が露出する露出部と、
   を有し、
   前記制御部は、
   前記放電電極と前記対向電極との間を流れる放電電流値が、前記対向電極に対向する前記放電電極の長さ１（ｍ）当たり０．１～２５（μＡ）となるように前記印加電圧を制御する
   イオン発生機。
2. 前記制御部は、
   前記放電電流値が、前記対向電極に対向する前記放電電極の長さ１（ｍ）当たり０．１～５（μＡ）となるように前記印加電圧を制御する
   請求項１に記載のイオン発生機。
3. 前記放電電極と前記対向電極との間に電圧を印加する電圧印加部をさらに備え、
   前記電圧印加部は、前記放電電極へ第１の極性の電圧を印加し、
   前記対向電極は、前記第１の極性とは逆の極性である第２の極性のイオンを放出する
   請求項１または２に記載のイオン発生機。
4. 前記第１の極性は、正極性であり、
   前記第２の極性は、負極性である
   請求項３に記載のイオン発生機。
5. 前記放電電流値を測定する測定手段、または前記放電電流値を推定する推定手段をさらに備える
   請求項１～４のいずれか一つに記載のイオン発生機。
6. 前記導電部は、板状であり、
   前記露出部は、前記導電部の側面に沿って配置される
   請求項１～５のいずれか一つに記載のイオン発生機。
7. 前記導電部は、板状であり、
   前記露出部は、前記導電部の主面において前記放電電極と向かい合う位置に配置される
   請求項１～５のいずれか一つに記載のイオン発生機。
8. 請求項１～７のいずれか一つに記載のイオン発生機と、
   前記イオン発生機により帯電された空気中の塵埃を捕集する集塵装置と、
   を備える電気集塵機。

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